Біологічні мембрани, їх властивості та функції

Будова біологічних мембран. Однією з основних особливостей всіх еукаріотичних клітин є достаток і складність будови внутрішніх мембран. мембрани відмежовують цитоплазму від навколишнього середовища, а також формують оболонки ядер, мітохондрій і пластид. Вони утворюють лабіринт ЕПР і сплощені бульбашок у вигляді стопки, складових комплекс Гольджі . мембрани утворюють лізосоми , Великі і дрібні вакуолі рослинних і грибних клітин, пульсуючі вакуолі найпростіших. Всі ці структури є компоненти (відсіки), призначені для тих чи інших спеціалізованих процесів і циклів. Отже, без мембран існування клітини неможливо.

Плазматична мембрана, або плазмалемма, - найбільш постійна, основна, універсальна для всіх клітин мембрана. Вона являє собою найтоншу (близько 10 нм) плівку, яка покриває всю клітку. Плазмалемма складається з молекул білків і фосфоліпідів ( Мал . 1.6).

Молекули фосфоліпідів розташовані в два ряди - гідрофобними кінцями всередину, гідрофільними головками до внутрішньої і зовнішньої водному середовищі. В окремих місцях бислой (подвійний шар) фосфоліпідів наскрізь пронизаний білковими молекулами (інтегральні білки ). Усередині таких білкових молекул є канали - пори, через які проходять водорозчинні речовини. Інші білкові молекули пронизують бішар ліпідів наполовину з одного чи з іншого боку (полуінтегральние білки). На поверхні мембран еукаріотичних клітин є периферичні білки. Молекули ліпідів і білків утримуються завдяки гідрофільно-гідрофобним взаємодіям.

Мал. 1.6. Схема будови мембрани: а - тривимірна модель; б - площинне зображення; 1 - білки, що примикають до липидному шару (А), занурені в нього (Б) або пронизують його наскрізь (В); 2 - шари молекул ліпідів; 3 - глікопротеїни; 4 - гліколіпіди; 5 - гідрофільний канал, який функціонує як пора.

До складу плазматичної мембрани еукаріотичних клітин входять також полісахариди . Їх короткі, сильно розгалужені молекули ковалентно пов'язані з білками, утворюючи глікопротеїни, або з ліпідами (гліколіпіди). зміст полісахаридів в мембранах складає 2--10% по масі. Полісахаридних шар товщиною 10-20 нм, що покриває зверху плазмалему тварин клітин, отримав назву глікокаліксу.

Властивості і функції мембран. Усе клітинні мембрани являють собою рухливі текучі структури, оскільки молекули ліпідів і білків не пов'язані між собою ковалентними зв'язками і здатні досить швидко переміщатися в площині мембрани. Завдяки цьому мембрани можуть змінювати свою конфігурацію, т. Е. Мають плинністю.

Мембрани - структури дуже динамічні. Вони швидко відновлюються після пошкодження, а також розтягуються і стискаються при клітинних рухах.

Мембрани різних типів клітин істотно розрізняються як за хімічним складом, так і за відносним вмістом у них білків, глікопротеїнів, ліпідів, а отже, і за характером наявних у них рецепторів. кожен тип клітин тому характеризується індивідуальністю, яка визначається в основному гликопротеинами. Розгалужені ланцюги глікопротеїнів, що виступають з клітинної мембрани, беруть участь в розпізнаванні факторів зовнішнього середовища, а також у взаємному впізнавання родинних клітин. наприклад, яйцеклітина і сперматозоїд пізнають один одного по глікопротеїну клітинної поверхні, які підходять один до одного як окремі елементи цілісної структури. Таке взаємопізнавання - необхідний етап, що передує запліднення .

Подібне явище спостерігається в процесі диференціювання тканин. У цьому випадку подібні за будовою клітини за допомогою розпізнають ділянок плазмалемми правильно орієнтуються щодо один одного, забезпечуючи тим самим їх зчеплення і освіту тканин. З розпізнаванням пов'язана і регуляція транспорту молекул і іонів через мембрану, а також імунологічний відповідь, в якому глікопротеїни грають роль антигенів. Сахара , Таким чином, можуть функціонувати як інформаційні молекули (подібно білкам і нуклеїнових кислот ). У мембранах містяться також специфічні рецептори , Переносники електронів, перетворювачі енергії, ферментні білки. Білки беруть участь в забезпеченні транспорту певних молекул всередину клітини або з неї, здійснюють структурну зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами або ж служать в якості рецепторів для отримання та перетворення хімічних сигналів з навколишнього середовища.

Найважливішим властивістю мембрани є також виборча проникність. Це означає, що молекули і іони проходять через неї з різною швидкістю, і чим більше розмір молекул, тим менше швидкість проходження їх через мембрану. Це властивість визначає плазматическую мембрану як осмотичний бар'єр. Максимальної проникаючу здатність володіє вода і розчинені в ній гази; значно повільніше проходять крізь мембрану іони. Дифузія води через мембрану називається осмосом.

Існує кілька механізмів транспорту речовин через мембрану.

Дифузія -пронікновеніе речовин через мембрану по градієнту концентрації {з області, де їх концентрація вище, в область, де їх концентрація нижче). Дифузний транспорт речовин (води, іонів) здійснюється за участю білків мембрани, в яких є молекулярні пори, або за участю ліпідної фази (для жиророзчинних речовин).

При полегшеної дифузії спеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язуються з тим або іншим іоном або молекулою і переносять їх через мембрану по градієнту концентрації.

Активний транспорт пов'язаний з витратами енергії і служить для перенесення речовин проти їх градієнта концентрації. Він здійснюється спеціальними білками-переносниками, що утворюють так звані іонні насоси. Найбільш вивченим є Na- / К - насос в клітинах тварин, активно викачують іони Na ​​+ назовні, поглинаючи при цьому іони К. Завдяки цьому в клітці підтримується велика концентрація К і менша Na + в порівнянні з навколишнім середовищем. На цей процес витрачається енергія АТФ .

В результаті активного транспорту за допомогою мембранного насоса в клітці відбувається також регуляція концентрації Mg2-і Са2 +.

В процесі активного транспорту іонів в клітину через цитоплазматическую мембрану проникають різні цукру, нуклеотиди , амінокислоти .

Макромолекули білків, нуклеїнових кислот , Полісахаридів, ліпопротеїдні комплекси та ін. Крізь клітинні мембрани не проходять, на відміну від іонів і мономерів. Транспорт макромолекул, їх комплексів і частинок всередину клітини відбувається зовсім іншим шляхом - за допомогою ендоцитозу. При ендоцитозу {ендо- ... - всередину) певну ділянку плазмалемми захоплює і як би обволікає позаклітинний матеріал, укладаючи його в мембранну вакуоль, що виникла внаслідок впячивания мембрани. Надалі така вакуоль з'єднується з лизосомой, ферменти якої розщеплюють макромолекули до мономерів.

Процес, зворотний ендоцитозу, - екзоцитоз (екзо ... - назовні). Завдяки йому клітина виводить внутрішньоклітинні продукти або неперетравлені залишки, укладені в вакуолі або бульбашки. Бульбашка підходить до цитоплазматичної мембрани, зливається з нею, а його вміст виділяється в навколишнє середовище. Гак виводяться травні ферменти, гормони , Геміцелюлоза та ін.

Таким чином, біологічні мембрани як основні структурні елементи клітини служать не просто фізичними кордонами, а являють собою динамічні функціональні поверхні. На мембранах органел здійснюються численні біохімічні процеси, такі як активне поглинання речовин, перетворення енергії, синтез АТФ і ін.

Функції біологічних мембран наступні:

1. Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища і вміст органел від цитоплазми.
2. Забезпечують транспорт речовин в клітину і з неї, з цитоплазми в органели і навпаки.
3. Виконують роль рецепторів (отримання і перетворення сигналів з навколишнього середовища, впізнавання речовин клітин і т. Д.).
4. Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).
5. Беруть участь в перетворенні енергії.

Джерело: Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Посібник з біології для вступників до ВНЗ"